Java 字节码 代码编译结果从本地机器码转变为字节码，是存储格式发展的一小步，确是编程语言发展的一大步。
字节码文件剖析 我们从一段简单的代码来入手
public class MyTest01 { private int a = 0; public int getA() { return a; } public void setA(int a) { this.a = a; } }
我要要看一下 java 文件对应的 class 文件的结构，定位到工程的 out\production\classes 下边执行：
javap -c com.cuzz.jvm.bytecode.Mytest01
警告: 二进制文件com.cuzz.jvm.bytecode.Mytest01包含com.cuzz.jvm.bytecode.MyTest01 Compiled from "MyTest01.java" public class com.cuzz.jvm.bytecode.MyTest01 { public com.cuzz.jvm.bytecode.MyTest01(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V 4: aload_0 5: iconst_0 6: putfield #2 // Field a:I 9: return public int getA(); Code: 0: aload_0 1: getfield #2 // Field a:I 4: ireturn public void setA(int); Code: 0: aload_0 1: iload_1 2: putfield #2 // Field a:I 5: return }
我们如果需要获得更多信息可以使用如下命令：
javap -verbose com.cuzz.jvm.bytecode.Mytest01
警告: 二进制文件com.cuzz.jvm.bytecode.Mytest01包含com.cuzz.jvm.bytecode.MyTest01 Classfile /E:/project/learn-demo/demo-10-jvm-lecture/out/production/classes/com/cuzz/jvm/bytecode/Mytest01.class Last modified 2019-2-3; size 492 bytes MD5 checksum cceeac51ae7b6fc46c60faf834de5932 Compiled from "MyTest01.java" public class com.cuzz.jvm.bytecode.MyTest01 minor version: 0 major version: 52 flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER Constant pool: #1 = Methodref #4.#20 // java/lang/Object."<init>":()V #2 = Fieldref #3.#21 // com/cuzz/jvm/bytecode/MyTest01.a:I #3 = Class #22 // com/cuzz/jvm/bytecode/MyTest01 #4 = Class #23 // java/lang/Object #5 = Utf8 a #6 = Utf8 I #7 = Utf8 <init> #8 = Utf8 ()V #9 = Utf8 Code #10 = Utf8 LineNumberTable #11 = Utf8 LocalVariableTable #12 = Utf8 this #13 = Utf8 Lcom/cuzz/jvm/bytecode/MyTest01; #14 = Utf8 getA #15 = Utf8 ()I #16 = Utf8 setA #17 = Utf8 (I)V #18 = Utf8 SourceFile #19 = Utf8 MyTest01.java #20 = NameAndType #7:#8 // "<init>":()V #21 = NameAndType #5:#6 // a:I #22 = Utf8 com/cuzz/jvm/bytecode/MyTest01 #23 = Utf8 java/lang/Object { public com.cuzz.jvm.bytecode.MyTest01(); descriptor: ()V flags: ACC_PUBLIC Code: stack=2, locals=1, args_size=1 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V 4: aload_0 5: iconst_0 6: putfield #2 // Field a:I 9: return LineNumberTable: line 8: 0 line 10: 4 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 10 0 this Lcom/cuzz/jvm/bytecode/MyTest01; public int getA(); descriptor: ()I flags: ACC_PUBLIC Code: stack=1, locals=1, args_size=1 0: aload_0 1: getfield #2 // Field a:I 4: ireturn LineNumberTable: line 13: 0 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 5 0 this Lcom/cuzz/jvm/bytecode/MyTest01; public void setA(int); descriptor: (I)V flags: ACC_PUBLIC Code: stack=2, locals=2, args_size=2 0: aload_0 1: iload_1 2: putfield #2 // Field a:I 5: return LineNumberTable: line 17: 0 line 18: 5 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 6 0 this Lcom/cuzz/jvm/bytecode/MyTest01; 0 6 1 a I } SourceFile: "MyTest01.java"
我们也可以使用二进制文件查看器 查看class文件的16进制信息（winhex下载 ）：
16文件查看器里边第一行的CA 就是一个字节的容量（8位bit）:
使用 javap -verbos 命令分析一个字节码文件时，将会分析该字节码文件的魔数、版本号、常量池、类信息、类的构造方法信息、类变量与成员变量等信息。
魔数：所有的.class字节码文件的前4个字节都是魔数，魔数值为固定值：0xCAFEBABE (詹姆斯.高斯林设计的，蕴意：咖啡宝贝，java 的图标是咖啡。
魔数之后的4个字节为版本信息，前2个字节表示 minor versio（次版本号），后两个字节表示 major version（主版本号）。 这里的版本号为 00 00 00 34，换算成十进制，表示次版本号为0，主版本号为52。
字节常量池剖析 常量池（constant pool）：紧接着主版本号之后的就是常量池入口。一个 Java 类中定义的很多信息都是由常量池来维护和描述的，可以将常量池看作是 Class 文件的资源仓库，比如说 Java 类中定义的方法与变量信息，都是存储在常量池中。常量池中的主要储存两类常量：字面量与符号引用。字面量如文本字符串，Java 中声明为 final 的常量值等，而符号引用如类和接口的全局限定名，字段的名称和描述符，方法的名称和描述符等。
常量池的总体结构：Java 类所对应的常量池主要由常量池数量与常量池数组（常量表）这两部分共同构成。常量池数量紧跟在主版本号后面，占据 2 个字节；常量池数组紧跟在常量池数量之后。常量池数组与一般的数组不同的是，常量池数组中不同的元素类型、结构都是不同的，长度当然也就不同；但是，每一种元素的第一个数据都是一个 u1 类型，该字节是一个标志位，占据 1 个字节。JVM 在解析常量池时，会根据这个 u1 类型来获取元素的具体类型。
值得注意的是，常量池数组中元素的个数 = 常量池数 - 1 （其中0暂时不使用）。对应的是 00 18 转化为十进制为24个常量，而我们看到只有23个。目的是满足某些常量池索引值的数据在特定情况下需要表达“不引用任何一个常量”的含义；根本原因在于，索引 0 也是一个常量（保留常量），只不过它不位于常量表中，这个常量就对应 null 值，所以，常量池的索引从 1 开始而不是 0 。
Constant pool: #1 = Methodref #4.#20 // java/lang/Object."<init>":()V #2 = Fieldref #3.#21 // com/cuzz/jvm/bytecode/MyTest01.a:I #3 = Class #22 // com/cuzz/jvm/bytecode/MyTest01 #4 = Class #23 // java/lang/Object #5 = Utf8 a #6 = Utf8 I #7 = Utf8 <init> #8 = Utf8 ()V #9 = Utf8 Code #10 = Utf8 LineNumberTable #11 = Utf8 LocalVariableTable #12 = Utf8 this #13 = Utf8 Lcom/cuzz/jvm/bytecode/MyTest01; #14 = Utf8 getA #15 = Utf8 ()I #16 = Utf8 setA #17 = Utf8 (I)V #18 = Utf8 SourceFile #19 = Utf8 MyTest01.java #20 = NameAndType #7:#8 // "<init>":()V #21 = NameAndType #5:#6 // a:I #22 = Utf8 com/cuzz/jvm/bytecode/MyTest01 #23 = Utf8 java/lang/Object
Class 文件结构中常量池数据类型的结构表
在 JVM 规范中，每一个变量/字段都有描述信息，描述信息主要的作用是描述字段的数据类型、方法的参数列表（包括数量、类型与顺序）与返回值。根据描述符规则，基本数据类型和代表无返回的 void 类型都是用一个大写字符来表示，对象类型则使用字符 L 加对象的全限定名称来表示。为了压缩字节码文件的体积，对于基本数据类型，JVM 都只使用一个大写字母来表示，如下所示：B - byte，C - char，D - double，F - float，I - int，J - long，S - short，Z - boolean，V - void，L - 对象类型，如 Ljava/lang/String;。
对于数组类型来说，没一个维度使用前置 [ 来表示，如 int [] 被记录为 [I ，String[][] 被记录为 [[Ljava/lang/String;。
用描述符描述方法时，按照先参数列表，后返回值的顺序来描述。参数列表按照参数的严格顺序放在一组括号内，如方法：String getRealNameByIdAndNickName(int id, String name) 的描述符为：(I, Ljava/lang/String;) Ljava/lang/String;
我们来分析前面几个常量，如图：
我反编译出来的文件对比：
Constant pool: #1 = Methodref #4.#20 // java/lang/Object."<init>":()V #2 = Fieldref #3.#21 // com/cuzz/jvm/bytecode/MyTest01.a:I #3 = Class #22 // com/cuzz/jvm/bytecode/MyTest01 #4 = Class #23 // java/lang/Object #5 = Utf8 a #6 = Utf8 I #7 = Utf8 <init> #8 = Utf8 ()V #9 = Utf8 Code #10 = Utf8 LineNumberTable #11 = Utf8 LocalVariableTable #12 = Utf8 this #13 = Utf8 Lcom/cuzz/jvm/bytecode/MyTest01; #14 = Utf8 getA #15 = Utf8 ()I #16 = Utf8 setA #17 = Utf8 (I)V #18 = Utf8 SourceFile #19 = Utf8 MyTest01.java #20 = NameAndType #7:#8 // "<init>":()V #21 = NameAndType #5:#6 // a:I #22 = Utf8 com/cuzz/jvm/bytecode/MyTest01 #23 = Utf8 java/lang/Object
0A 00 04 00 14，如图中的标注出来，0A 对应值为10，在上表的常量中 CONSTANT_Methodref_info 中，那么后边的2个字节 00 04 （十进制4）就是 U2（第一个index），即指向声明方法的类描述符 CONSTANT_Class_info 的索引项，而第二个索引（第二个index）00 14（十进制20） 指向名称及类型描述符 CONSTANT_NameAndType_info 的索引项。类描述指向 #4 ，#4 又指向 #23，所以描述为 java/lang/Object，而名称以及类型描述符指向 #20，#20 有指向 #7 和 #8，"<init>":()V 表示为构造方法。09 00 03 00 15 ，09 是标志位对用的是 CONSTANT_Fieldref_info，第一个索引指向的是声明字段的类或接口描述符，CONSTANT_Class_info 的索引项，根上面一样分析。07 00 16 ， 00 16 十进制是22 ，07是常量 CONSTANT_CLass_info，只有一个index，指向的是指定权限定名常量项的索引， 00 16 是十进制22。07 00 17 ，07是常量 CONSTANT_CLass_info，只有一个index，指向的是指定权限定名常量项的索引，00 17 十进制是23。01 00 01 61，01 是 CONSTANT_Utf8_info，后面 00 01 这两个字节表示长度，最后 61 （十进制为97）的表示 ASCII 中带索引，在 ASCII 中为字母 a。01 00 01 为 I。等等
Java 字节码结构 Class 字节码中有两种数据类型
字节数据直接量：这是基本的数据类型，共细分为 u1、u2、u4、u8 这四种，分别代表连续的 1 个字节、2 个字节、4 个字节和8 个字节。
表（数组）：表示有多个基本数据或其他表，按照既定顺序组成的大的数据集合。表示有结构的，它的结构体现在，组成表的成分所在的位置和顺序都已经严格定义好的。
访问标志 访问标志（Access_Flag）信息包括该 Class 文件是类还是接口，是否被定义成 public，是否是 abstract，如果是类，是否被声明成 final。通过上面的源代码，我们可以知道该文件是类并且是 public。
常量池之后两个字节就是访问标志，我们这个类中是 0x 00 21 ，从上面来看并没有，原来它是 0x 00 20 和 0x 00 01 的并集，表示 ACC_PUBLIC 与 ACC_SUPER。
类索引、父类索引与接口索引
00 03 是类索引，指向 #3 表示是一个类，其名字为 com/cuzz/jvm/bytecode/MyTest0100 04 是父亲索引，指向 #4 表示是一个类，其名字是 java/lang/Object00 00 是接口，表示没有接口
字段表集合 字段表用于描述类和接口中声明的变量。这里的字段包含了类级别变量以及实例变量，但不包括方法内部声明的局部变量。
如下图
00 01 是成员变量的数量，后面接着就是 field_info 成员变量信息
field_info { u2 access_flags; // 0002 表示私有 private u2 name_index; // 0005 表示 a u2 descriptor_index; // 0006 表示 I u2 attributes_count; // 0000 没有 attribute_info attributes[attributes_count]; }
方法表 刚开始的 00 03 表示有三个方法，除了getter/setter 还有默认构造方法
methods_count { u2 access_flags; // 0001 表示 public u2 name_index; // 0007 指向常量池中 #7 的常量为 <init> u2 descriptor_index; // 0008 指向常量池中 #8 的常量为 ()V u2 attributes_count; // 0001 表示一个属性 attribute_info attributes[attributes_count]; }
方法中的属性结构
attribute_info { u2 attribute_name_index; // 0009 指向常量池中 #9 为 Code u4 attribute_length; // 0000 0038 表示长度为 0x38 为 56 长度的字节 u1 info[attribute_length]; }
Code 结构 Code attribute 的作用是保存该方法的结构，如所对应的字节码
Code_attribute { u2 attribute_name_index; u4 attribute_length; u2 max_stack; u2 max_locals; u4 code_length; u1 code[code_length]; u2 exception_table_length; { u2 start_pc; u2 end_pc; u2 handler_pc; u2 catch_type; } exception_table[exception_table_length]; u2 attributes_count; attribute_info attributes[attributes_count]; }
attribute_length 表示 attribute 所包含的字节数，不包含 attribute_name_index 和 attribute_length 字段
max_stack 表示这个方法运行的任何时刻所能达到的操作数栈的最大深度
max_locals 表示方法执行期间创建的局部变量的数目，包含用来表示传入的参数的局部变量
code_length 表示该方法所包含的字节码的字节数以及具体的指令码，具体字节码即是该方法被调用时，虚拟机所执行的字节码
exception_table 表示存放的是处理异常的信息
每个 exception_table 表由 start_pc，end_pc，handler_pc，catch_type 组成
start_pc 和 end_pc 表示在 code 数组中的从 start_pc 到 end_pc 处（包含 start_pc，不包含 end_pc）的指令抛出的异常会由这个表项来处理
handler_pc 表示处理异常的代码的开始处，catch_type 表示会被处理的异常类型，它指向常量池中的一个异常类，当 catch_type 为 0 时，表示处理所有的异常
字节码查看工具 https://github.com/ingokegel/jclasslib
